Het gebruik van de energie van de waterstroom, het apparaat van hydraulische constructies van waterkrachtcentrales (HPP)

Energie van waterstromen

De energie (potentieel) die de waterstroom heeft wordt bepaald door twee grootheden: de hoeveelheid stromend water en de valhoogte naar de monding.

In natuurlijke staat wordt de energie van de rivierstroom besteed aan erosie van het kanaal, overdracht van gronddeeltjes, wrijving op de oevers en de bodem.

Op deze manier wordt de energie van de waterstroom verdeeld over de stroom, zij het ongelijkmatig - afhankelijk van de hellingen van de bodem en de secundaire stroomsnelheid van het water. Om de energie van de stroom binnen een bepaald gebied te gebruiken, is het noodzakelijk om deze in één sectie te concentreren - in één uitlijning.

Soms wordt zo'n concentratie door de natuur gecreëerd in de vorm van watervallen, maar in de meeste gevallen moet het kunstmatig worden gecreëerd, met behulp van hydraulische constructies.

De waterkrachtcentrale van Itaipu is de grootste waterkrachtcentrale ter wereld voor de productie van elektriciteit

Energie is geconcentreerd op de bouwplaats waterkrachtcentrales (HPP) twee manieren:

• een dam die de rivier blokkeert en het water in het stroomgebied stroomopwaarts doet stijgen — stroomopwaarts N meter vanaf het niveau van het stroomgebied stroomafwaarts — stroomafwaarts. Het verschil in stroomopwaartse en stroomafwaartse niveaus H wordt hoofd genoemd. Waterkrachtcentrales waarbij het hoofd wordt gecreëerd door een dam, worden near-dam genoemd en zijn meestal gebouwd op vlakke rivieren;

• met behulp van een speciaal bypasskanaal — een afleidingskanaal. Afleidingsstations worden voornamelijk in bergachtige gebieden gebouwd. Het omleidingskanaal heeft een zeer kleine helling, zodat aan het einde de hele kop van het door het kanaal omgeven riviergedeelte bijna volledig is geconcentreerd.

Stromingskracht in structuuruitlijning wordt bepaald door de hoeveelheid water die in één seconde door de poort gaat, Q en opvoerhoogte H. Als Q wordt gemeten in m3/sec en H in meters, dan is het debiet in de sectie gelijk aan:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Slechts een deel van dit vermogen, gelijk aan het rendement van de installatie, zal worden gebruikt in de elektrische generatoren van de waterkrachtcentrale. Daarom zal het vermogen van de energiecentrale bij kop H en waterstroom door de turbines Q zijn:

P = 9,81*B* H* rendement kW.

Machinekamer voor een waterkrachtcentrale

In reële bedrijfsomstandigheden van waterkrachtcentrales kan een deel van het water langs de turbines worden afgevoerd.

De energie van stromen wordt al eeuwenlang gebruikt. Het wijdverspreide gebruik van waterkracht werd pas mogelijk aan het einde van de 19e eeuw, toen het werd uitgevonden elektrische transformator en gemaakt driefasig wisselstroomsysteem... Het vermogen om energie over lange afstanden over te brengen, maakte het mogelijk om de energie van de krachtigste waterstromen te benutten.

China's Three Gorges waterkrachtcentrale, gelegen aan de Yangtze-rivier, is de grootste ter wereld in termen van geïnstalleerde capaciteit.

Samenstelling en opstelling van hydrotechnische voorzieningen van waterkrachtcentrales

De structuur van de constructie-eenheid van een waterkrachtcentrale van een dam omvat gewoonlijk:

• dam hoofd. In de bovenloop van de dam wordt een reservoir gevormd met een groter of kleiner volume, afhankelijk van de topografische omstandigheden en de hoogte van de dam, die de waterstroom door de turbines regelt in overeenstemming met het belastingsschema;

• waterkracht gebouw;

• goten, met een ander doel en dienovereenkomstig ander ontwerp: het afvoeren van het overtollige water dat niet in de turbines wordt gebruikt, bijvoorbeeld bij overstromingen (overstorten); voor het verlagen van de waterhorizon in het overloopwater, wat soms nodig is bij bijvoorbeeld herstel van waterbouwkundige voorzieningen (drainage); voor distributie van water tussen watergebruikers (waterinlaatvoorzieningen);

• transport faciliteiten — bevaarbare sluizen, voorzien door navigatie op de rivier, planken en vlotten voor houten rafting;

• voorzieningen voor vispassages.

Sectie over de bouw van de waterkrachtcentrale

Typische structuren van de afgeleide waterkrachtcentrale — omleidingskanaal en leidingen van het kanaal naar de turbines.

De belangrijkste waarde, technisch meest verantwoorde en duurste schakel in het blok waterkrachtcentrales is de dam. Dammen worden onderscheiden langs het pad van waterpassage:

• doofdie geen doorgang van water toelaten;

• overlaatwaarin het water over de top van de dam stroomt;

• jurydie water binnenlaten als de schilden (poorten) worden geopend.

Cornalvo is een dam in Spanje, in de provincie Badajoz, die al bijna 2000 jaar in bedrijf is.

Dammen zijn meestal aarden en beton.

Het dwarsprofiel van de aarden dam: 1 - tand; 2 — beschermlaag van zand en grind; 3 — kleirooster: 4 — damlichaam; 5 — waterdichte basislaag

De figuur toont het profiel van een kleidam gebouwd op een doorlatende laag van geringe dikte. Het lichaam van de dam wordt afgevoerd uit elke grond die geen grote hoeveelheid organische onzuiverheden en in water oplosbare zouten bevat.

Bij het vullen van een dam met doorlatende bodems wordt een kleirooster in het lichaam van de dam geplaatst om waterfiltratie te voorkomen. De doorlatende laag waarop de dam is gebouwd, wordt om dezelfde redenen doorgesneden door een waterdichte tand.

Als de dam volledig is gevuld met klei of zandgrond, is een kwelscherm niet nodig. Bovenop is het scherm bedekt met een beschermende laag van zand en grind, die op zijn beurt wordt beschermd tegen golferosie door een stenen verharding (van de top van de dam tot een markering die 0,5 - 0,7 m onder de laagst mogelijke waterhorizon ligt). in de bovenwateren).

Bij het vullen van een kleidam wordt elke laag zorgvuldig verdicht met rollen. Het afvoeren van water door de top van een kleidam is ontoelaatbaar, omdat er gevaar bestaat voor erosie. Een weg wordt meestal aangelegd langs de top van een aarden dam, die de breedte van de top bepaalt. De nok is op de gebruikelijke manier geasfalteerd.

De breedte van de basis van de dam hangt af van de hoogte en van de veronderstelde helling van de hellingen naar de horizon. De stroomopwaartse helling wordt vlakker dan de stroomafwaartse helling.

Momenteel wordt de hydromechanisatiemethode veel gebruikt bij de bouw van grote aarden dammen.

Willow Creek Dam, Oregon, VS, een zwaartekrachtdam gemaakt van beton

Schema van een blinde betonnen dam: 1 — afwatering van de dam; 2 - kijkgalerij; 3 — verzamelaar; 4 — drainage van de fundering

De figuur toont een lege betonnen dam met een regelmatig profiel met daarop een rijbaan. Voor een betrouwbaardere verbinding van de dam met de grond en oevers, is de fundering van de dam gemaakt in de vorm van verschillende richels. Aan de drukzijde bevindt zich een tand met een diepte van 0,05 - 1,0 Z.

Om filtratie tegen te gaan, worden antifiltratiegordijnen onder de tand geplaatst, waarvoor via een systeem van boorgaten met een diameter van 5 - 15 cm de cementoplossing in de scheuren van de basis (grond) wordt geïnjecteerd.

Hoewel het lichaam van de dam is gemaakt van massief beton, sijpelt er altijd water doorheen. Om dit water stroomafwaarts af te voeren, is in de dam een ​​​​drainagesysteem aangebracht, bestaande uit verticale putten - drains (met een diameter van 20 - 30 cm) die om de 1,5 - 3 m in het lichaam van de dam worden gemaakt.

Het water dat er doorheen wordt afgevoerd, komt de cuvetten van de observatiegalerij 2 binnen, vanwaar het door horizontale collectoren 3 naar het lager gelegen bassin wordt geleid. De observatiegalerij, die over de gehele lengte in het lichaam van de dam loopt, is gemaakt om de toestand van beton en waterfiltratie te bewaken.

Afgeleide watervoorzieningsstructuren worden meestal geïmplementeerd in de vorm van een open kanaal. In zachte bodems is het kanaalgedeelte meestal trapeziumvormig. De wanden en bodem van het kanaal zijn bekleed met beton of asfalt om filtratie te verminderen, erosie te voorkomen, ruwheid en bijbehorende drukverliezen te verminderen. Geplaveide gevelbekleding wordt ook gebruikt.

Omleidingskanalen in rotsbodems hebben een rechthoekige doorsnede. Indien het niet mogelijk is om een ​​open kanaal uit te voeren, worden uitsparingen met een rechthoekige of cirkelvormige dwarsdoorsnede gebruikt. Water van het omleidingskanaal naar de turbines wordt via pijpleidingen aangevoerd. De pijpleidingen zijn metaal, gewapend beton en hout.